专利名称：含钕、锆和镓的自钎性银钎料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有自钎性的银钎料，特别是涉及一种具有良好的流动性和润湿性、焊点强度高、可替代现有替代BAg65CuZn，BAg60CuZn等钎料，适用于焊接微小型电器组件的微小型触点，且无需使用钎剂，具有“自钎性能”的银钎料，属于金属材料类的钎焊材料。
背景技术：
目前使用的BAg65Cu&i，BAg60CuZn钎料，由于其化学成分中仅含Ag、Cu、Si元素， 虽然在配合助焊剂(如FB102钎剂)时钎焊性能优良，但是满足不了许多特殊钎焊结构、特殊形状及特殊尺寸(如微小型电器组件的微小型触点)钎焊的需要，此类“封装”器件，在钎焊完成后，焊点残留的“钎剂残渣”处于封装器件的内部，无法进行清洗或清除。“钎剂残渣” 如果不清除，则会导致焊点的电性能下降甚至焊点短路。因此，必须采用具有“自钎性能”的银钎料，即在钎焊时不使用钎剂，依靠银钎料自身的“去膜性能”去除钎焊部位的氧化膜，从而实现钎焊连接。本项发明“含钕、锆和镓的自钎性银钎料”，即是在这种技术背景下完成的。发明内容
本项发明的任务是提供一种比BAg65Cuai，BAg60CuZn钎料性能更为优良即具有 “自钎性能”的银钎料，能满足微小型电器组件的微小型触点钎焊需要的钎料。
本发明的的含钕、锆和镓的自钎性银钎料，化学成分按质量百分数配比是 45. 0% 62. 0% 的 Ag, 9% 13% 的 Zn, 1. 0% 3. 0% 的 P, 0. 001% 0. 01% 的 Nd, 0. 001% 0. 01% 的 Zr，0. 001% 0. 01% 的 Ga,其余为 Cu。
解决上述问题的技术方案是，1)、使用市售的白银、电解铜、磷铜合金、金属镓、金属钕、锆铜合金，按需要配比，采用常规的中频冶炼炉冶炼、浇铸，然后通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材；2)、根据生产需要，可将金属镓、金属钕分别预先冶炼成合金，然后加入冶炼炉中冶炼、浇铸，再通过挤压、拉拔，即得到所需要的钎料丝材；或通过多道轧制工序，制备成所需厚度、宽度的薄带。
本项发明主要解决了下述两个关键技术问题1)研制开发出的含钕、锆和镓的自钎性银钎料，钎焊时流动性好、润湿性好，焊点强度高。通过优化“含钕、锆和镓的自钎性银钎料”的化学成分，使新发明的银钎料除可制备为丝材外，还可制备成各种厚度和宽度的薄带；2)通过在银钎料中加入微量的钕、锆和镓元素，同时加入适量的磷，使得银钎料在紫铜、 黄铜、以及镍基合金上的具有很好的“自钎性能”，同时还能保证银钎料具有良好的的塑性和综合力学性能。
由于新钎料除具有流动性好、润湿性好，焊点强度高等特点外，还具有很好的“自钎性能”，特别适用于微小型电器组件的微小型触点的“无钎剂”焊接，解决了复杂电器组件焊点难以清洗的问题。使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，钎焊材料为下列组合紫铜一黄铜、3紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时，钎焊接头力学性能分别为Ob= 185 365MPa，τ = 180 355MPa，与BAg65Cu&i，BAg60Cu&i钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜一黄铜、 紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。
说明附图
一无。
具体实施方式
与以往研究相比，本发明的创造性在于1、研究发现了银钎料中微量的钕、锆、镓元素对“低磷含量”银钎料“自钎性”的影响规律-即银钎料中钕、锆、镓元素含量分别控制在0. 001% 0. 01%的范围内时，能使1. 0% 3. 0%的P具有良好的“自钎性能”。
由现行有效版本GB/T 6418-2008《铜基钎料》表4可知铜基钎料中P含量为 4. 8% 8. 1%时，即Cu-P系列钎料在钎焊紫铜时具有“自钎性”，不需要使用助焊剂(即钎剂)，但是目前国内外尚无关于P含量小于或等于3%的具有“自钎性”的银钎料的报道。
本发明的创造性工作在于研究发现了当钕、锆、镓元素共同作用时，即钕、锆、镓元素同时加入成分范围为45. 0% 62. 0%的Ag，9. 0% 13. 0%的Zn，1. 0% 3. 0%的P，其余为Cu的银钎料时，银钎料具有很好的“自钎性能”。进一步的研究发现，Ag-Cu-Zn钎料中P 的含量应该控制在1. 0% 3. 0%范围最佳。低于1. 0%或高于3. 0%均会对钎焊接头的力学性能产生不利影响，即会使焊点强度降低。因此，控制Ag-Cu-Si钎料中P的含量在1. 0% 3. 0%范围内，是本发明的关键点之一。
本发明的另一创造性工作在于研究发现了银钎料中微量的钕、锆、镓元素含量必须分别控制在0. 001% 0. 01%的范围内时，才能使Ag-Cu-ai钎料在P含量为1. 0% 3. 0% 时，具有良好的“自钎性能”，这与已有的研究结果有显著的区别。已有的研究都是认为稀土元素的含量上限可以达到0. 1%以上甚至更高，但是，作为以提高“银钎料自钎性”为目的的研究结果发现，如果稀土元素超过0.01%,就会使“银钎料自钎性”迅速降低。
2、研究发现了银钎料中，只有同时加入微量的钕、锆、镓元素时，对P含量为 1. 0% 3. 0%的Ag-Cu-ai钎料“自钎性能”才能产生良好的效果。
研究发现，采用与Nd元素相近的Ce、Er元素替代Nd时，新发明的银钎料“自钎性能”迅速下降，钎缝接头强度较加Nd元素时下降15% 30% ；当采用与ττ “同族”的Ti或 Hf元素替代^ 时，自钎性能”下降导致新发明的银钎料流动性、润湿性变差，平均“铺展面积”较加ττ元素时降低30%以上；当采用h元素替代( 时，“自钎性能”下降导致新发明的银钎料流动性、润湿性变差，平均“铺展面积”较加( 元素时降低45%以上。因此，通过大量的“筛选”、“优化”试验，最后确定了具有“良好自钎性能”的Ag-Cu-Zn-P-NcHr-Ga银钎料。经过实际钎焊试验证明，本发明的钎料可适用于火焰钎焊、电阻钎焊、感应钎焊等方式钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金等组合材料，且无需添加助焊剂(如 FB102钎剂)，可得到性能优良的钎焊接头。
如使用火焰钎焊方式，使用新发明的“含钕、锆和镓的自钎性银钎料”，不使用钎剂，钎焊下列组合材料紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时，钎焊接头力学性能分别为σ b = 185 365MPa，τ = 180 !355MPa，与 BAg65CuZn，BAg60CuZn 钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学4性能相当。
根据本发明的“含钕、锆和镓的自钎性银钎料”的质量配方比，叙述本发明的具体实施方式
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具体实施方式
一45. 0% 的 Ag, 13. 0% 的 Zn, 1. 0% 的 P, 0. 01% 的 Nd, 0. 01% 的 Zr, 0. 001% 的 Ga，其余为 Cu。上述成分配比得到的“含钕、锆和镓的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据紫铜一黄铜(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫铜一镍基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黄铜一镍基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，与 BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料配合助焊剂(如 FB102 钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。
具体实施方式
二 62. 0% 的 Ag, 9. 0% 的 Zn, 3. 0% 的 P, 0. 001% 的 Nd, 0. 001% 的 Zr, 0. 01% 的 Ga，其余为 Cu。上述成分配比得到的“含钕、锆和镓的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据紫铜一黄铜(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫铜一镍基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黄铜一镍基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，与 BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料配合助焊剂(如 FB102 钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。
具体实施方式
三50. 0% 的 Ag, 12. 0% 的 Zn, 2. 0% 的 P, 0. 01% 的 Nd, 0. 005% 的 Zr, 0. 008% 的 Ga，其余为 Cu。上述成分配比得到的“含钕、锆和镓的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据紫铜一黄铜(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫铜一镍基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黄铜一镍基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，与 BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料配合助焊剂(如 FB102 钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。
具体实施方式
四60. 0% 的 Ag, 11. 0% 的 Zn, 1. 5% 的 P, 0. 003% 的 Nd, 0. 008% 的 Zr, 0. 005% 的 Ga,其余为Cu。上述成分配比得到的“含钕、锆和镓的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据紫铜一黄铜(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫铜一镍基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黄铜一镍基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，与 BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料配合助焊剂(如 FB102 钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。
具体实施方式
五58. 0% 的 Ag, 10. 0% 的 Zn, 2. 5% 的 P, 0. 008% 的 Nd, 0. 003% 的 Zr, 0. 005% 的 Ga,其余为Cu。上述成分配比得到的“含钕、锆和镓的自钎性银钎料”使用火焰钎焊方式，不使用钎剂，钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据紫铜一黄铜(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫铜一镍基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黄铜一镍基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，与 BAg65Cu&i，BAg60Cuai钎料配合助焊剂(如 FB102 钎剂)钎焊紫铜一黄铜、紫铜一镍基合金、黄铜一镍基合金时的钎焊接头力学性能相当。
权利要求
1. 一种含钕、锆和镓的自钎性银钎料，其特征在于，按质量百分数配比是45. 0% 62. 0% 的 Ag, 9. 0% 13. 0% 的 Zn, 1. 0% 3. 0% 的 P, 0. 001% 0. 01% 的 Nd, 0. 001% 0. 01% 的 Zr,0. 001% 0. 01% 的 Ga，其余为 Cu。
全文摘要
一种含钕、锆和镓的自钎性银钎料，其特征在于，按质量百分数配比是45.0%～62.0%的Ag，9.0%～13.0%的Zn，1.0%～3.0%的P，0.001%～0.01%的Nd，0.001%～0.01%的Zr，0.001%～0.01%的Ga，其余为Cu。本发明特别适用于焊接微小型电器组件的微小型触点时，无需使用钎剂，解决了复杂电器组件焊点难以清洗的问题。
文档编号B23K35/30GK102513727SQ20111044665
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者薛松柏, 薛鹏 申请人:南京航空航天大学